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Escuela de Ingeniería Electrónica Objetivos de aprendizaje Generalidades de la fibra óptica Ventajas y desventajas de la fibra óptica Construcción de la fibra óptica Conectores de fibra óptica Transmisión por fibra óptica Ing. José Alberto Díaz García Escuela de Ingeniería Electrónica Fibra óptica La fibra óptica es un medio de comunicación que utiliza trasmisiones moduladas de luz a través de delgados hilos de cristal Las señales que representan bits de datos son convertidas en impulsos de luz A pesar de que el costo de la fibra no es significativamente mayor al cobre, los conectores, herramientas y la mano de obra son considerablemente mayores Ing. José Alberto Díaz García 2 Escuela de Ingeniería Electrónica Funcionamiento de la fibra óptica La luz incidente es reflejada o refractada por la protección (cladding) dependiendo del ángulo con el que llegue a la protección. Entonces rebota dentro del núcleo (core) por grandes distancias Ing. José Alberto Díaz García 3 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 4 Escuela de Ingeniería Electrónica Conductor de fibra óptica Cada circuito de fibra óptica realmente tiene dos cables de fibra óptica Una fibra es utilizada para transmisión en cada dirección Cada cable tiene un conector para transmitir y recibir información Un par (Tx/Rx) puede conectarse a un router, switch, panel de terminación, servidor o hasta una estación de trabajo Ing. José Alberto Díaz García 5 Escuela de Ingeniería Electrónica Transmisión de datos Un transmisor convierte datos en impulsos de luz codificada e inyecta estos impulsos a la fibra Un dispositivo especial conocido como diodo emisor de luz (LED en ingles) produce la luz Este pequeño dispositivo electrónico produce luz muy rápidamente cuando se le aplica electricidad Una secuencia de pulsos representa los datos que están siendo enviados Cuando los impulsos de luz llegan a su destino son canalizados hacia el receptor óptico Ing. José Alberto Díaz García 6 Escuela de Ingeniería Electrónica Tipos de transmisiones de fibra óptica Uni-modo utiliza un solo modo de luz para transmitir la señal y multi-modo utiliza múltiples modos de luz para transmitir la señal, de ahí el término multimodo Un modo en transmisión óptica es un rayo de luz entrando en un ángulo en particular. De manera que los modos pueden ser vistos como grupos de rayos de la misma longitud de onda entrando a la fibra en un ángulo específico Ing. José Alberto Díaz García 7 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 8 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 9 Escuela de Ingeniería Electrónica Protección de la Fibra óptica Los sistemas de protección de la fibra óptica, consiste de conectores y canales protectores, están diseñados para evitar daños al cable de fibra óptica Ing. José Alberto Díaz García 10 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 11 Escuela de Ingeniería Electrónica Ventajas de la fibra óptica Inmunidad electromagnética incluyendo ninguna conductividad Casi imposible de intervenir por lo que da mayor seguridad que el cable de cobre Disminuye la atenuación e incrementa la distancia de transmisión Aumenta el potencial de ancho de banda Menor diámetro y peso Rentable en una instalación a largo plazo Ing. José Alberto Díaz García 12 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 13 Escuela de Ingeniería Electrónica Propiedades de la transmisión en fibra óptica La fibra no es sujeta de EMI, RFI o picos de voltaje No produce o transmite picos de voltaje La naturaleza no conductora de la fibra óptica la hace una excelente opción para áreas con alta incidencia de rayos Ing. José Alberto Díaz García 14 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 15 Escuela de Ingeniería Electrónica Consideraciones de seguridad con la fibra óptica El uso de luz en la fibra óptica hace difícil detectar remotamente la señal que está siendo transmitida La única manera de intervenir un circuito de fibra óptica es acceder a la fibra óptica, lo que requiere intervención que es fácil de detectar con vigilancia Ing. José Alberto Díaz García 16 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 17 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 18 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 19 Escuela de Ingeniería Electrónica Tamaño y peso de la fibra óptica Comparada con el cobre, la fibra óptica es relativamente pequeña en diámetro y mucho más ligera en peso Este grupo de cables de cobre perfectamente se pueden sustituir por un par de fibras ópticas. Ing. José Alberto Díaz García 20 Escuela de Ingeniería Electrónica Atenuación y transmisión en fibra óptica Para mantener la señal es necesario darle potencia de manera frecuente a lo largo de la línea Un regenerador de señal (repetidor) es usado para darle potencia a el pulso electrónico en cable de cobre Un repetidor óptico es usado para darle potencia al pulso de luz en un cable de fibra óptica La ventaja de la fibra óptica es que se comporta mejor con respecto a la atenuación (Los repetidores ópticos se comportan mejor con respecto a la atenuación) Distancia Ing. José Alberto Díaz García 21 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 22 Escuela de Ingeniería Electrónica Mayor ancho de banda en fibra óptica La fibra óptica se usa en conexiones principales entre ciudades y países transporta información hasta a 2.5Gigabits por segundo (Gbps) Estos es suficiente para transportar 40,000 circuitos telefónicos o 250 canales de televisión Expertos en la industria predicen mayores anchos de banda con el avance de la tecnología Ing. José Alberto Díaz García 23 Escuela de Ingeniería Electrónica Beneficios en costo de la fibra óptica El costo inicial de migrar a fibra óptica puede ser alto La efectividad en costo a largo plazo es debido a la relativa facilidad de modernizar a mayores velocidades y desempeño pues muchos dispositivos electrónicos pueden ser mejorados sin modificar los circuitos de fibra Ing. José Alberto Díaz García 24 Escuela de Ingeniería Electrónica Desventajas de la fibra óptica Costo inicial mayor que el cobre La fibra óptica soporta menos abuso que los cables de cobre Los conectores de fibra óptica son mas delicados que los conectores de cobre Requiere mayor nivel de entrenamiento y habilidad para instalar fibra óptica Las herramientas de instalación y sensores son más costosos Ing. José Alberto Díaz García 25 Escuela de Ingeniería Electrónica Como se fabrica la fibra óptica La fibra óptica es típicamente creada mediante un proceso llamado deposición externa de vapor (OVD por sus siglas en ingles) El proceso OVD produce una fibra de dimensiones muy consistentes Ing. José Alberto Díaz García 26 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 27 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 28 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 29 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 30 Escuela de Ingeniería Electrónica Construcción del cable de fibra óptica Típicamente existen cinco elementos que conforman cada cable de fibra óptica: Cladding Buffer Material fuerte (Aramid Yarn) Cubierta externa Ing. José Alberto Díaz García 31 Escuela de Ingeniería Electrónica Tipos de fibra óptica Silicio de cubierta dura - Un centro de cilicio (SiO2) cubierto por una capa de plástico duro Silicio de cubierta plástica – Un centro de cilicio cubierto por una capa de plástico suave de cilicio. Fue muy popular en los 80’s, ya casi no se utiliza. Fibras ópticas de plástico – Un centro de plastico con una cubierta de plástico Ing. José Alberto Díaz García 32 Escuela de Ingeniería Electrónica Cables de tubo- holgado Los cables de tubo holgado es típicamente usado para instalaciones externas Un cable de tubos holgados esta conformado por seis componentes Ing. José Alberto Díaz García 33 Escuela de Ingeniería Electrónica Cables de búfer estrecho Los cables de búfer estrecho son frecuentemente usados para instalaciones internas El cable del búfer estrecho está conformado de cuatro componentes Ing. José Alberto Díaz García 34 Escuela de Ingeniería Electrónica Cables de distribución Ing. José Alberto Díaz García 35 Escuela de Ingeniería Electrónica Cables de escape (Breakout) Ing. José Alberto Díaz García 36 Escuela de Ingeniería Electrónica Cables de subgrupo Ing. José Alberto Díaz García 37 Escuela de Ingeniería Electrónica Cables “Zipcord” Ing. José Alberto Díaz García 38 Escuela de Ingeniería Electrónica Cables redondos de dos vías Ing. José Alberto Díaz García 39 Escuela de Ingeniería Electrónica Cables de cinta Ing. José Alberto Díaz García 40 Escuela de Ingeniería Electrónica Cables de antena Ing. José Alberto Díaz García 41 Escuela de Ingeniería Electrónica Cables con armadura Ing. José Alberto Díaz García 42 Escuela de Ingeniería Electrónica Cables híbridos Ing. José Alberto Díaz García 43 Escuela de Ingeniería Electrónica Cables submarinos Ing. José Alberto Díaz García 44 Escuela de Ingeniería Electrónica Conectores Los conectores son usados para conectar fibras a paneles o a elementos activos Los estándares ANSI/TIA/EIA 568-B.3 especifican que el “duplex SC” es el conector recomendado para todas las terminaciones, pero el antiguo ST es aún aceptable SC Connector ST Connector Ing. José Alberto Díaz García 45 Escuela de Ingeniería Electrónica Conectores Optijack de Panduit • • • • • • TIA/EIA-604 FOCIS-6 compliant connectors Exceed TIA/EIA-568-B.3 requirements Pre-polished mechanical crimp termination Non-optical disconnect Mechanical crimp cable retention RJ45 small form factor duplex jack module Ing. José Alberto Díaz García 46 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 47 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 48 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 49 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 50 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 51 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 52 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 53 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 54 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 55 Escuela de Ingeniería Electrónica Fibras ópticas de pruebas Probar los cables y conexiones es probablemente la parte más importante de la instalación de fibra óptica. Si la fibra no pasa la prueba la instalación debe de ser reparada, aún si fibras nuevas deben de ser tiradas Una simple prueba de luz muestra que un cable es funcional Dos pruebas para la fibra óptica: Fuente de luz y medidos de potencia y OTDR Ing. José Alberto Díaz García 56 Escuela de Ingeniería Electrónica Fuente de luz y medidor de potencia Las instalaciones de fibra óptica son usualmente probadas con una fuente de luz y un medidor de potencia Un medidor de potencia entrega cerca de un miliwatt (1mW) en una en una longitud El medidor detecta potencia y lo despliega en dB Esta prueba determina la cantidad de pérdida exhibida por la fibra Ing. José Alberto Díaz García 57 Escuela de Ingeniería Electrónica Reflectores ópticos en el dominio del tiempo (OTDR) Un reflector óptico en el dominio del tiempo (OTDR) funciona como un radar que dispara pulsos a través de la fibra bajo prueba Cada desalineación y discontinuidad causa que un poco de luz se refleje de vuelta a la fibra en donde el OTDR monitorea los ecos Mediante la graficación de la fuerza de los ecos contra el tiempo es posible aprender bastante acerca de la condición del cable Ing. José Alberto Díaz García 58 Escuela de Ingeniería Electrónica Ondas de luz y longitud de onda Las longitudes de onda se miden en nanometros (nm) o micrones (μm) La longitud de onda es la distancia entre dos máximos de la onda Ing. José Alberto Díaz García 59 Escuela de Ingeniería Electrónica Reflexión Cuando la luz viaja a través de un medio como aire y pasa a otro medio como cristal. La luz se refleja (reflexión) o pasa al otro medio Ing. José Alberto Díaz García 60 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 61 Escuela de Ingeniería Electrónica Angulo crítico El ángulo en el que el rayo golpea el cristal se denomina ángulo de incidencia. Cuando este ángulo alcanza cierto punto, se llama ángulo crítico, y toda la luz es reflejada al medio original Ing. José Alberto Díaz García 62 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 63 Escuela de Ingeniería Electrónica Refracción Refracción el cambio de ruta de un rayo de luz en una interfase entre dos materiales distintos tales como cristal o aire Ing. José Alberto Díaz García 64 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 65 Escuela de Ingeniería Electrónica Índice de refracción El índice de refracción es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en otro medio A menor índice de refracción, más rápido viaja la luz en el material El índice de refracción en materiales como los usados en cables de fibra óptica es una propiedad importante que determina como se comporta la luz en esos materiales Ing. José Alberto Díaz García 66 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 67 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 68 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 69 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 70 Escuela de Ingeniería Electrónica Transmisores El lado codificador de la fibra óptica es el transmisor. El rol del transmisor es convertir los datos en forma de señales eléctricas en pulsos de luz equivalentes y los envía por la fibra para la transmisión Ing. José Alberto Díaz García 71 Escuela de Ingeniería Electrónica Ing. José Alberto Díaz García 72 Escuela de Ingeniería Electrónica Receptor óptico En el lado opuesto del sistema de fibra óptica se encuentra el receptor o decodificador El rol del receptor es detectar el pulso de luz que llega al otro lado y convertirlo otra vez en la señal eléctrica que contiene la información que fue impresa en la luz en el lado transmisor Un dispositivo conocido como emisorreceptor, que hace la transmisión y recepción, puede ser usado también Ing. José Alberto Díaz García 73 Escuela de Ingeniería Electrónica Multiplexación Multiplexación (MUX) es un proceso en el cual múltiples canales de datos se combinan en un solo canal de datos o físico en la fuente Demultiplexación (DEMUX) es el proceso de separar los datos multiplexados en el destino Data Ing. José Alberto Díaz García 74
